CN114538843A - 一种低能耗生态型超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低能耗生态型超高性能混凝土及其制备方法，其组分以重量份计，包括胶材40～60份、骨料40～60份、外加剂0.45～0.9份、水6～12份；及占胶材、骨料、外加剂总体积的0.1％～0.3％的纤维混合而成。将上述胶材、外加剂通过干拌均匀，再加入骨料制成粉料、再加水强制搅拌制备成低能耗生态型超高性能混凝土。本发明采用了低能耗原材料、低成本、传统制备工艺及常规养护方式，解决了传统超高性能混凝土所需的超细水泥、精制砂等高能耗原材料，减少了定制搅拌机、蒸汽养护等特殊制备工艺；有利于超高性能混凝土的成本控制，实现了生产材料的生态化、低能耗。

Description

一种低能耗生态型超高性能混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土材料技术领域，具体地涉及一种低能耗生态型超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
国内基础设施建设项目涉及的超高、大跨等复杂项目越来越多，服役于复杂环境下工程随之增多，工程建设难度也越发复杂，如，装配式建筑、超高层结构、大跨桥梁、海上平台、核反应堆安全壳等特殊建筑在近年来得到迅猛发展。随之，对混凝土材料提出了更高的要求，即：现代建筑要求混凝土材料具有较高力学性能、较强耐久性能，同时满足绿色环保的制备及施工工艺。
目前传统意义的超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete)，英文简称UHPC，兼具超高抗渗性能和力学性能的纤维水泥基复合材料。超高性能混凝土，由于其具有超高的抗压强度(抗压强度可达到100MPa以上)和超高抗渗性能，相对普通混凝土，我国目前在建筑工程、公路和城市桥梁工程中得到较广泛应用，可满足现代特殊建筑的需求。然而，传统的UHPC所需原材料均属于精制、超细等高能耗产品，制备工艺较为复杂，不利于节能环保的发展理念，另外，传统的UHPC成本较高，目前市场上仅有的几家售价均在7000～10000元/吨，难以大面积推广应用。因此，如何制备价格合理、低能耗、环保型的UHPC材料是目前发展主要方向。
发明内容
在符合节能环保发展理念的前提下，本发明提出一种低能耗生态型超高性能混凝土，采用低能耗、低成本原材料，采用常规制备技术，制备可实现传统UHPC力学性能、同时满足施工的基本工作性能以及具有优异耐久性能的低能耗生态型超高性能混凝土。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种低能耗生态型超高性能混凝土，包括胶材、骨料、外加剂和水；所述胶材、骨料、外加剂和水按照以下重量份进行混合
Figure RE-RE-GDA0003605784060000021
所述纤维按体积进行混合，其体积占胶材、骨料、外加剂总体积的 0.1％～0.3％。。
所述的胶材是由水泥、微珠、矿粉按一定比例混合而成，以重量份计，其中水泥为32～48份，微珠4～6份、矿粉4～6份。
所述的水泥采用P.O 52.5级配硅酸盐水泥，微珠为玻化微珠，矿粉为纳米级矿粉。
所述的骨料为2区天然砂或机制砂。
所述的外加剂由减水剂、膨胀剂、消泡剂、保塌剂混合而成，均为粉状外加剂，其中减水剂的用量为0.25～0.5重量份，膨胀剂的用量为0.1～0.2重量份，消泡剂的用量为0.05～0.1重量份，保塌剂的用量为0.05～0.1重量份。
所述减水剂采用的是聚羧酸高性能减水剂；膨胀剂采用的是硫铝酸盐类膨胀剂，消泡剂为水泥砂浆消泡剂，水泥保塌剂可以延缓水泥水化凝结，达到保持坍落度的作用。
所述纤维为采用的是短切PVA纤维。
本发明还提供低能耗生态型超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤，
步骤一：干拌
称取40～60重量份的胶材、0.45～0.9重量份的外加剂投入搅拌装置中干拌 110-130s，使胶材与外加剂均匀混合；
步骤二：制备粉料
将40～60重量份的骨料投入搅拌装置中，后将按体积比备好的纤维搅拌装置中进行干拌110-130s，使纤维均匀的分布，制成粉料；
步骤三：强制搅拌
将称好的6～12重量份的水一次性倒入装有混合均匀粉料的搅拌装置中，强制搅拌8～10min出料。
有益效果：
1、本发明的低能耗生态型超高性能混凝土原材料采用级配水泥、矿粉、微珠等工业尾矿，胶材利用率高且降低了生产能耗。
2、采用普通砂作为骨料，材料易获取，降低生产原材料的能耗。
3、采用PVA纤维，避免了钢纤维生锈降低混凝土耐久性及力学性能的现象。
4、采用常规搅拌机制备及常规养护，与传统超高性能混凝土需定制搅拌机及蒸汽养护相比，操作简单，生产条件要求低，一定程度上降低了生产能耗。
5、本发明通过减水剂、矿粉、微珠等提高了材料的流动性，通过掺入玻化微珠实现混凝土内养护，与外部常规养护相结合，提高了混凝土性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例进行详细说明。
附图说明
图1为本发明制备流程图；
图2为实例一至实施例四的抗压强度对比图。
具体实施方式
根据上述技术方案，举较佳的实施例并结合图示进行具体说明。
本发明的低能耗生态型超高性能混凝土，包括胶材、骨料、外加剂、纤维和水；所述胶材、骨料、外加剂和水按照以下重量份进行混合
Figure RE-RE-GDA0003605784060000041
所述纤维按体积进行混合，其体积占胶材、骨料、外加剂总体积的 0.1％～0.3％。
上述胶材是由水泥、微珠、矿粉按一定比例混合而成，以重量份计，其中水泥为32～48份，微珠4～6份、矿粉4～6份。
上述水泥采用P.O 52.5级配硅酸盐水泥，微珠为玻化微珠，矿粉为纳米级矿粉。
掺入级配水泥一方面可以使胶材内部堆积更紧密，有利于提高混凝土的内部密实度，从而提高混凝土的力学性能和耐久性能；另一方面，级配水泥生产工艺与超细水泥相比较为简单，且生产能耗较低。掺入的微珠为玻化微珠，是一种无机物玻璃质矿物材料，由火山岩碎成矿砂，经特殊膨化工艺加工而成，产品呈不规则球状体颗粒，内部为空腔结构，表面玻化封闭，理化性能稳定，润湿后掺入后一方面有利于混凝土拌合物的流动性，另一方面可作为含水微颗粒实现混凝土的内养护。掺入少量的纳米级矿粉一方面可以使胶材的级配达到纳米级连续，更加充实了混凝土的内部结构，另一方面可以提高混凝土拌合物的流动性，有利于施工。
骨料为2区天然砂或机制砂。在实际使用时，2区砂属于中砂，适用于配制混凝土和砂浆，天然砂或机制砂的选用根据采购成本及便捷度可根据实际情况选定。在以下实施例中天然砂或机制砂均以砂子表示。
外加剂由减水剂、膨胀剂、消泡剂、保塌剂混合而成，均为粉状外加剂，其中减水剂的用量为0.25～0.5重量份，膨胀剂的用量为0.1～0.2重量份，消泡剂的用量为0.05～0.1重量份，保塌剂的用量为0.05～0.1重量份。
在实际使用时，该外加剂的用量可保证混凝土具有合理的流动度、含气量及强度。
减水剂采用的是聚羧酸高性能减水剂；膨胀剂采用的是硫铝酸盐类膨胀剂，消泡剂为水泥砂浆消泡剂，水泥保塌剂可以延缓水泥水化凝结，达到保持坍落度的作用。
在实际使用时，聚羧酸高性能减水剂与水泥相容性好，减水率高，可提高砂浆的早期、后期强度，且该减水剂氯离子含量低、碱含量低，有利于砂浆的耐久性能。膨胀剂可时混凝土在凝结硬化过程中具有一定的膨胀性能，避免由于水分蒸发引起的收缩开裂及表面龟裂。消泡剂可减少水泥浆体在拌和过程中产生的气泡，减少混凝土内部及表面的的蜂窝麻面现象，提高了混凝土的密实性。水泥保塌剂以延缓水泥水化凝结，达到保持坍落度的作用。
纤维为采用的是短切PVA纤维。采用的PVA纤维的直径为100μm～660μm、长度为8mm～16mm。在实际使用时，混凝土中掺入的短切非连续纤维在其内部呈三维分布，形成“纤维支撑网络结构”，这种结构可有效地阻止基体骨料的离析沉降，也可有效缓解基体内部毛细压力，阻止塑性裂缝产生。
本发明低能耗生态型超高性能混凝土的制备方法，参看图1，包括如下步骤，
步骤一：干拌
称取40～60重量份的胶材、0.45～0.9重量份的外加剂投入搅拌装置中干拌 110-130s，使胶材与外加剂均匀混合；
步骤二：制备粉料
将40～60重量份的骨料投入搅拌装置中，后将按体积比备好的纤维搅拌装置中进行干拌110-130s，使纤维均匀的分布，制成混合粉料；
步骤三：强制搅拌
将称好的6～12重量份的水一次性倒入装有混合均匀粉料的搅拌装置中，强制搅拌8～10min出料。
下面，以具体实施例进行说明。
实施例一：
本实施例的低能耗生态型超高性能混凝土，按重量份称取：胶材40份、骨料60、外加剂0.45份、水6份组成；PVA纤维体积按照占胶材、骨料、外加剂总体积的体积百分比0.1％添加。
胶材共40份中包括：水泥为32份，微珠4份、矿粉4份；
骨料60份中，均为砂子；
外加剂共0.45份中包括：减水剂0.25份，膨胀剂0.1份，消泡剂0.05份，保塌剂0.05份。
上述各组分以下述制备方法进行超高性能混凝土的制备：
步骤一：干拌
将胶材各组分和外加剂各组分投入搅拌装置中干拌130s，使胶材与外加剂均匀混合；
步骤二：制备粉料
将骨料投入装有混合均匀的胶材和外加剂的搅拌装置中，后将备好的PVA 纤维投入搅拌装置中进行干拌110s，使纤维均匀分布，制成混合粉料；
步骤三：强制搅拌
将水一次性倒入装有混合粉料的搅拌装置中，强制搅拌8min出料。
根据GB 17671《水泥胶砂强度检验方法》进行试验，试样尺寸为 140mm×140mm×160mm。试验结果见表1、图2。
实施例二：
本实施例的低能耗生态型超高性能混凝土，按重量份称取：胶材50份、骨料50、外加剂0.52份、水9份；PVA纤维体积按照占胶材、骨料、外加剂总体积的体积百分比0.2％添加。
胶材50份中包括：水泥为40份，微珠5份、矿粉5份；
骨料50份中，骨料均为砂子；
外加剂0.52份中包括：减水剂0.3份，膨胀剂0.1份，消泡剂0.06份，保塌剂0.06份。
上述各组分以下述制备方法进行超高性能混凝土的制备：
步骤一：干拌
将胶材各组分和外加剂各组分投入搅拌装置中干拌120s，使胶材与外加剂均匀混合；
步骤二：制备粉料
将骨料投入装有混合均匀的胶材和外加剂的搅拌装置中，后将备好的PVA 纤维投入搅拌装置中进行干拌130s，使纤维均匀分布，制成混合粉料；
步骤三：强制搅拌
将水一次性倒入装有混合粉料的搅拌装置中，强制搅拌10min出料。
根据GB 17671《水泥胶砂强度检验方法》进行试验，试样尺寸为 140mm×140mm×160mm。试验结果见表1、图2。
实施例三：
本实施例的低能耗生态型超高性能混凝土，按重量份称取：胶材50份、骨料50、外加剂0.52份、水9.5份；PVA纤维体积按照占胶材、骨料、外加剂总体积的体积百分比0.3％添加
胶材50份中包括：水泥40份，微珠5份、矿粉5份；
骨料50份，均为砂子；
外加剂0.52份中包括：减水剂0.3份，膨胀剂0.1份，消泡剂0.06份，保塌剂0.06份。
上述各组分以下述制备方法进行超高性能混凝土的制备：
步骤一：干拌
将胶材各组分和外加剂各组分投入搅拌装置中干拌130s，使胶材与外加剂均匀混合；
步骤二：制备粉料
将骨料投入装有混合均匀的胶材和外加剂的搅拌装置中，后将备好的PVA 纤维投入搅拌装置中进行干拌130s，使纤维均匀分布，制成混合粉料；
步骤三：强制搅拌
将水一次性倒入装有混合粉料的搅拌装置中，强制搅拌10min出料。
根据GB 17671《水泥胶砂强度检验方法》进行试验，试样尺寸为 140mm×140mm×160mm。试验结果见表1、图2。
实施例四：
本实施例的低能耗生态型超高性能混凝土，按重量份称取：胶材60份、骨料40、外加剂0.9份、水12份；PVA纤维体积按照占胶材、骨料、外加剂总体积的体积百分比0.3％添加。
胶材60份包括：水泥48份，微珠6份、矿粉6份；
骨料40份，骨料均为砂子；
外加剂0.9份包括：减水剂0.5份，膨胀剂0.2份，消泡剂0.1份，保塌剂 0.1份。
上述各组分以下述制备方法进行超高性能混凝土的制备：
步骤一：干拌
将胶材各组分和外加剂各组分投入搅拌装置中干拌130s，使胶材与外加剂均匀混合；
步骤二：制备粉料
将骨料投入装有混合均匀的胶材和外加剂的搅拌装置中，后将备好的PVA 纤维投入搅拌装置中进行干拌130s，使纤维均匀分布，制成混合粉料；
步骤三：强制搅拌
将水一次性倒入装有混合粉料的搅拌装置中，强制搅拌10min出料。
根据GB 17671《水泥胶砂强度检验方法》进行试验，试样尺寸为 140mm×140mm×160mm。试验结果见表1、图2。
表1低能耗生态型超高性能混凝土抗冲磨强度试验结果
Figure RE-RE-GDA0003605784060000101
通过实例证明，本发明的低能耗生态型超高性能混凝土的28d抗压强度为 104～113MPa，符合规范T/CECS 10107-2020《超高性能混凝土(UHPC)技术要求》中对UC1级超高性能混凝土抗压强度的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。

Claims (9)

1.一种低能耗生态型超高性能混凝土，其特征在于：组分包括胶材、骨料、外加剂、水和纤维；所述胶材、骨料、外加剂和水按照以下重量份进行混合：
Figure FDA0003473880120000011
所述纤维按体积进行混合，其体积占胶材、骨料、外加剂总体积的0.1％～0.3％。
2.根据权利要求1所述的低能耗生态型超高性能混凝土，其特征在于：所述胶材是由水泥、微珠、矿粉按一定比例混合而成，以重量份计，其中水泥为32～48份，微珠4～6份、矿粉4～6份。
3.根据权利要求2所述的低能耗生态型超高性能混凝土，其特征在于：所述水泥采用P.O 52.5级配硅酸盐水泥，微珠为玻化微珠，矿粉为纳米级矿粉。
4.根据权利要求1所述的低能耗生态型超高性能混凝土，其特征在于：所述骨料为2区天然砂或机制砂。
5.根据权利要求1所述的低能耗生态型超高性能混凝土，其特征在于：所述外加剂由减水剂、膨胀剂、消泡剂、保塌剂混合而成，均为粉状外加剂，以重量份计，其中减水剂0.25～0.5份，膨胀剂0.1～0.2份，消泡剂0.05～0.1份，保塌剂为0.05～0.1份。
6.根据权利要求5所述的低能耗生态型超高性能混凝土，其特征在于：所述减水剂是聚羧酸高性能减水剂；膨胀剂是硫铝酸盐类膨胀剂，消泡剂为水泥砂浆消泡剂，保塌剂为水泥保塌剂。
7.根据权利要求1所述的低能耗生态型超高性能混凝土，其特征在于：所述纤维是短切PVA纤维。
8.根据权利要求1至7任一所述的低能耗生态型超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤一：干拌
称取40～60重量份的胶材、0.45～0.9重量份的外加剂混合搅拌均匀；
步骤二：制备粉料
在混合均匀的胶材和外加剂中依次加入40～60重量份的骨料、按体积比备好的纤维搅拌均匀，使纤维均匀的分布，制成混合粉料；
步骤三：强制搅拌
将称好的6～12重量份的水一次性倒入装有混合粉料中，强制搅拌均匀出料。
9.根据权利要求8所述的低能耗生态型超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，步骤一和步骤二中的搅拌时间110-130s，步骤三中搅拌时间8～10min。
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